固態發酵法生產植物糟渣類飼料的研究進展

刁 歡，朱夢情

（安徽新華學院藥學院，安徽合肥 230088）

我國是一個農業大國，尤其是近年來隨著科技的不斷進步，我國在農作物再加工產量大幅提高的同時產生了大量下腳料資源，諸如酒糟、醋渣、餅粕等。這些資源并沒有得到充分利用和妥善處理，既造成了浪費又污染了環境。與此同時，蛋白質飼料資源嚴重短缺，嚴重影響了我國養殖業和飼料工業的發展（梁海軍等，2014）。采用微生物固態發酵技術，以植物糟渣類原料生產發酵飼料，可以降低其纖維素含量、抗營養因子、提高蛋白質含量，能夠增加其飼用消化率、吸收率、降低毒性，而且在發酵過程可產生出能夠增強動物免疫力、促進新陳代謝的物質，如抗生素、維生素、有機酸等（葉丙奎，2009）。發酵飼料具有適口性好、消化率高、可提高動物機體免疫力、無農藥殘留等優點，因此備受關注（劉華南等，2015）。

1 固態發酵技術研究進展

固態發酵是指一類使用不溶性固體基質進行微生物發酵的過程，包括將固態懸浮在液體中的深層發酵和在沒有游離水的濕固體材料上進行微生物發酵（葛龍等，2010）。同液態發酵技術相比，固態發酵培養基簡單、原料取材范圍廣；發酵過程中無菌要求較液態發酵低；水分活度低，基質水不溶性高，微生物易生長，酶活力高，酶系豐富；設備結構簡單、投資少、耗能低、易操作；后處理簡便，基本無廢水排放對環境污染較小（葛龍等，2010）。

1.1 固態發酵設備工藝 目前，應用于固態發酵生物反應器種類繁多，大致包括轉鼓式發酵器、旋轉圓盤式發酵機、攪拌式發酵反應器、壓力脈沖固態發酵反應器、滾筒式固體發酵機等幾種不同形式的固態發酵設備（李浪等，2011）。在固態發酵反應過程中所選用的發酵設備主要有盤式、攪拌式和轉鼓式反應器。其中，盤式發酵機屬于靜態發酵設備，是最簡單、應用最普遍的一種固態發酵設備，使用時可通過增減托盤數來控制投料量，但體積大、散熱慢、操作費力；轉鼓式發酵器屬于動態發酵設備，可充分滿足通風和控溫調節，但在生產過程中可能會出現基質聚結成塊的現象，當轉動過快時還會對菌絲的生長造成不良影響；攪拌式發酵反應器的原理是利用機械攪拌，使空氣和基質能夠充分混合，為微生物的生長繁殖、發酵提供充足的氧氣，其實用性能好、適應性強，有通用型發酵罐之稱，但機械攪拌產生的剪切力易對耐剪切力差的菌體造成損傷，影響菌體的生長和代謝（沈桂宇，2015）。

1.2 發酵過程控制參數 固態發酵與深層液態發酵不同，它的發酵過程更接近于自然狀態，最顯著特征是發酵過程的不均勻性以及發酵基質水分活度極低。發酵過程中，菌體的生長、物質在固、液、氣三相之間的傳遞不均勻，使得在固態發酵反應過程中的參數檢測、控制都較為困難。目前，在固態發酵反應中可以檢測或調控的參數主要有：培養基的含水量、CO2的含量、pH、溫度和溶氧等（嚴勇，2010）。

2 糟渣類飼料廢物利用的研究進展

2.1 發酵原料的應用 糟渣類產品主要包括在發酵工業中產生的酒糟、醋渣，同時也包括工業生產中產生的茶渣、馬鈴薯渣、餅粕副產物以及一些取出果肉后剩余的外皮，如柑桔皮、蘋果皮等。我國作為農業大國，農作物產量大且品種豐富，故經加工后產生的糟渣類副產品同樣數量巨大、種類繁多。這類物質不僅具有較高營養價值而且還含有豐富的膳食纖維，可作為飼料資源（謝普軍等，2014；Ibrahimet等，2012；Leiet等，2012）。 但是，此類產品也存在理化性質差異大、含有毒素、水分和纖維素含量高等問題，直接用作飼料使用適口性差、消化率低，而且易發霉變質，不易貯存（劉策等，2013）。因此，應尋求適當的方法來拓寬其利用途徑。張軒等（2012）研究發現，通過固態發酵對于降低糟渣類產品中纖維素類以及降低抗營養因子含量具有顯著效果。

2.1.1 酒糟 酒糟是指釀酒過程中產生的殘渣，常見的利用方式有鮮酒糟飼料、青貯酒糟飼料、烘干飼料、烘干脫殼飼料、生產粗酶制劑、用作飼料添加劑和發酵生產蛋白質飼料等。王曉力（2013）研究表明，利用酒糟為原料生產高蛋白飼料是提高酒糟綜合利用率的重要途徑之一。徐建等（2012）報道指出，酒糟具有豐富營養價值，富含蛋白質、脂肪、鈣、磷等常見營養成分，還含有酵母及大量活性因子等。盡管酒糟的營養價值較高，但在釀酒過程加入了稻殼等疏松物質，導致酒糟中的粗纖維含量大，作為飼料直接飼喂動物可能會使動物出現便秘、流產等不適狀況；除此之外，未經處理的酒糟中還含有大量酒精，長期飼喂會導致慢性酒精中毒（吳道義等，2012）。因此，通過固態發酵法對酒糟進行發酵，成為近年來酒糟利用研究的主要趨勢。利用酒糟作為發酵原料通過固態發酵生產飼料不僅變廢為寶、生產成本低，而且適口性好，具有良好發展前景。

喬家運等（2013）以40%的比例添加固態發酵后的白酒糟到麥麩中，混合后再以10%的比例添加到育肥豬日糧中，與對照組相比試驗組具有增重快、瘦肉率高、成本低等優點；魏來（2015）研究表明，在動物體外消化條件下，經固態發酵后的白酒糟干物質消化率、蛋白質消化率、粗纖維消化率分別都比鮮白酒糟至少提高11個百分點。

2.1.2 茶渣 鄭淑娟（2009）研究表明，全球多個國家有種植和消費茶葉的習慣。在我國，茶文化來源久遠，茶產業己經成為我國重要的農業經濟支柱產業之一（王志嵐等，2009）。我國茶葉資源豐富，茶葉深加工產業發展繁榮，諸如茶飲料廠、茶葉提取物生產廠以及速溶茶廠等，而在加工過程中會產生大量茶葉殘渣（傅志民等，2011）。這些茶渣若得不到合理利用，是資源的嚴重浪費，而且處理不當還會造成環境污染。據研究表明，茶渣中含有粗蛋白質、粗纖維、茶多酚、咖啡堿等多種成分，茶渣中的幾種主要成分的含量見表1（單圣曄，2010）。

表1 茶渣中幾種主要成分的含量

李煜（2015）研究表明，茶渣中特有的營養成分，可用于動物生產，且無毒副作用，還能有效調節動物機體生理功能，也符合環保需要。然而，不經處理的茶渣中的粗纖維含量較高，直接作為飼料喂食動物不利于吸收。經微生物發酵能提高飼料利用率，使動物育肥期提前，所以可通過固態發酵的方式來降低茶渣中纖維素類物質含量、提高蛋白質含量，以此提高其適口性和營養價值，使動物采食后更易消化、吸收。倪星虹（2011）研究表明，茶渣經混菌發酵組蛋白質含量比未經過發酵組蛋白質含量提高了60.78%。由此可見，利用微生物固態發酵法將茶渣制成發酵飼料，可以提高茶葉資源廢棄物利用率、豐富飼料資源、減少環境污染、提高經濟效益。

2.1.3 柑桔皮渣 隨著人們對柑桔類果汁、罐頭等產品需求量的不斷增加，生產企業產生大量柑桔皮渣。統計數據表明，柑桔即食與經深加工所產生下腳料的柑桔皮重量約占柑桔總產量的五成。國外對桔皮渣的處理主要是通過利用提取設備對其香精油、a-1-8-萜二烯、黃酮類、果膠等物質進行提取，并將剩余部分經烘干粉碎作飼料添加劑或者加入工程菌通過發酵后生產工業用乙醇 （李群，2010）。但是，目前我國僅有將柑桔皮渣制成中藥陳皮生產工藝，絕大多數的柑桔皮渣被當成垃圾處理，不但污染環境而且還造成資源浪費，因此，應尋求新型柑桔皮渣的綜合利用途徑，從根本上解決這些問題。

柑桔皮渣中營養物質含量豐富，可直接粉碎成柑桔皮粉添加到畜禽日糧中作為營養性飼料添加劑使用，且因其含有揮發油、黃酮類等藥物成分，在飼料中可用作抗氧化劑。其中以黃烷酮的抗氧化作用為主，較傳統抗氧化劑如叔丁基對苯酚更加安全可靠；作為著色劑，柑桔中還富含黃色素，將柑桔皮粉添加到畜禽日糧中，可以改善畜禽產品的色澤；柑桔皮渣雖富含碳水化合物、脂肪、維生素等營養成分，但其味苦，直接喂食的適口性差，而且其中的蛋白質含量較低，畜禽的消化吸收率不高，因此，通過微生物固態發酵將其制成發酵飼料，既能提高其中的蛋白質含量，也能提高動物的消化率和吸收率 （郭育銘等，2009；殷鐘意等，2009）。王帥（2014）研究發現，發酵柑橘皮渣可以提高仔豬生產性能，并能促進仔豬腸絨毛的生長發育，提高其消化吸收能力；程錦（2016）研究表明，經黑曲霉和酵母菌混菌發酵后的柑桔皮渣中粗蛋白質含量較發酵前提高了33.93%。

2.1.4 油茶籽粕 油茶是世界四大木本食用油源樹種之一（王建楓等，2015）。我國共有油茶林面積約302萬公頃，年消耗油茶籽量約106.55萬t，年產茶油量約26.25萬t；油茶籽粕是油茶籽經榨油過后產生的下腳料，年產茶籽粕量約68.39萬t（王斌等，2011）。油茶籽粕中不但含有茶皂素和單寧等抗營養因子，而且味苦，故一般不直接作為飼料使用。然而，油茶籽粕營養物質含量豐富，是一種潛在的飼料資源，極具開發利用價值，油茶籽粕中幾種營養物質的含量見表2（任仙娥等，2012）。

表2 油茶籽粕中幾種營養物質的含量

衛洋洋（2013）研究表明，經脫毒后的油茶籽粕的營養價值可以與優質米糠相媲美，同時所含有的生物活性成分如茶多酚、茶籽多糖等對動物的消化吸收、免疫調節都具有一定的作用，并且經發酵后的油茶籽粕用于飼喂奶牛能夠顯著改善奶牛的瘤胃內環境，提高飼料消化吸收率，提高奶牛產奶量。周浩宇等（2010）通過混菌發酵發酵油茶籽粕使發酵后的油茶籽粕中茶皂素含量降低15.20%，粗纖維含量降低7.56%，粗蛋白質含量提高8.65%。

2.2 菌種應用現狀 江成英等（2015）報道指出，發酵飼料能降低纖維素含量、提高蛋白質含量，促進飼喂動物消化吸收，且發酵效率與菌種的選擇和發酵條件息息相關。葛若梅等（2010）研究表明，用于飼料發酵生產的微生物需具備以下特征：能充分吸收與利用基質中碳源、氮源等能源物質；能夠快速生長繁殖，以縮短發酵周期；無毒性及致病性；菌種生產性能穩定。目前，在固態發酵過程中多采用混菌進行發酵，這樣可以使不同微生物菌種間進行優勢互補，更好的實現預期發酵目的、得到預期發酵產物。我國規定的可用于飼用微生物菌種大致有16種，其中包括11種乳酸菌、2種芽抱桿菌、2種酵母菌和1種光合細菌。目前，飼料工業大規模生產中用于發酵飼料的常用菌種主要有：放線菌、芽孢桿菌、酵母菌和霉菌（趙志偉等，2012），選用不同的發酵菌種會產生不同的發酵效果。近年來農副產品采用的固態發酵菌種應用見表3。

表3 近幾年來農副產品的固態發酵菌種應用舉例

由此可見，在制作植物性發酵飼料中常將黑曲霉、酵母菌用以生產蛋白飼料；將木霉和芽孢桿菌等用以降解纖維、改善適口性；將熱帶假絲酵母、枯草芽孢桿菌、乳酸菌等用以降解抗營養因子以達到脫毒的目的，以此來實現或提高這些植物資源副產物的飼用價值。

3 應用前景與展望

養殖業發展迅速，飼料供給短缺，以大量的植物糟渣為原料，利用固態發酵技術生產發酵飼料，既能夠增加飼料的供給，又能充分利用資源，變廢為寶，降低環境污染，同時還能夠提高生產企業的經濟效益。固態發酵生產的飼料主要是蛋白質飼料，添加到傳統飼料可補充蛋白資源。未來可以擴大發酵原料取材范圍的研究，如餐飲廢料、中草藥藥渣、芒果廢渣等；可以發酵出更多適合于水產類生物飼料，如魚、蝦等（Jian 等，2013）。 因此，固態發酵生產植物糟渣類飼料的發展空間大、發展潛力足，具有廣闊開發途徑。